CN103660300B - 一种自动调平的3d打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调平的3D打印机及其打印方法，所述打印机包括底座，底座上固定有移动支架，移动支架上连接有喷头和工作平台，喷头位于工作平台的上方，工作平台上均匀分布有多个校准点，喷头上固定有水平校准器，水平校准器用以测定其与校准点之间的垂直距离。本发明的有益效果为：快速的完成工作平台和喷头高度的校准工作，打印过程中保证喷头和平台的最佳间距，实现打印成品的高质量。

Description

一种自动调平的3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种具有自动调平测高功能的3D打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印技术（或快速成型技术）因其优异于现有减法加工工艺的诸多优势而得到快速发展。3D打印中，工作平台水平度调节以及平台和喷嘴之间间距的校准是打印前序工作的关键步骤，现有技术中采用的调节方法为通过多个调节螺栓、对高块以及水平仪等设备手动调节，其调节过程繁琐，而且调整结果和个人经验有较大联系，不确定度太大，从而造成最终打印效果的不确定性变多。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的自动调平的3D打印机及其打印方法，以解决现有技术中手动调节水平度带来的不足。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自动调平的3D打印机，包括底座，底座上固定有移动支架，移动支架上连接有喷头和工作平台，喷头位于工作平台的上方，工作平台上均匀分布有多个校准点，喷头上固定有水平校准器，水平校准器用以测定其与校准点之间的垂直距离。水平校准器得到的各个校准点之间的高度差应控制在某个数值内，大于此数值即需要调整工作平台，相比现有的肉眼观察和经验调节，调节更精确，速度更快。

优选的，校准点呈九宫格式分布于工作平台上。校准点的布置需要考虑两个因素，一是校准点的密度，而是分布的均匀度。当工作平台较大时点数应较多，工作平台小时数量可少些，但都得均匀分布。

优选的，水平校准器吸附或粘结在喷头上。水平校准器使用时固定到喷头上，校准结束拆下，因此吸附和粘结是成本较低、速度较快的优选方法，但现有的其它可拆卸式连接均可。

优选的，水平校准器跟随喷头移动触碰校准点，通过移动距离确定两者的相对高度。两点之间的高度差现有技术中有较多的测量方法，这里优选采用水平校准器移动到校准点的位置，通过其移动的高度差来确定两者的高度距离。

优选的，多个校准点相互之间的水平高度差小于1毫米。高度差大，便于校准但加工风险大，反之亦然。现有技术中，1毫米既能保证后续加工的顺利进行，又能较快的完成校准。

进一步的，工作平台上位于喷头的喷嘴下方固定有位置传感器，加工前，位置传感器跟随工作平台上升触碰喷嘴以测定喷嘴相对于工作平台的高度。加工前，通过高度测定装置测定喷嘴与工作平台之间的高度，一是为了完成加工前的数据测量工作，二是主控系统根据该数值计算加工时平台的移动轨迹。

进一步的，工作平台内部或下部固定有加热装置。加热装置包括加热模块和测温反馈系统。保持工作平台的温度处于某个范围内，如80-100度，减缓加工时加工件的冷却速度，减小冷却收缩，防止模型变形。

一种3D打印方法，包括以下步骤：

801：测定工作平台上均匀分布的各个点的水平高度值并记录；

802：打印时，工作平台根据各个点的水平高度值作垂直方向的移动。

公知常识是，作为基准的加工面通常需要较高的精度，上述方法反其道而行之，测定基准加工面的平面度，加工过程中对平面度的差值通过基准面本身的移动来消除。从而大大降低了基准面的要求。

本发明的有益效果为：快速的完成工作平台和喷头高度的校准工作，打印过程中保证喷头和平台的最佳间距，实现打印成品的高质量。

附图说明

图1为本发明所述自动调平的3D打印机的结构示意图之一；

图2为本发明所述自动调平的3D打印机的结构示意图之二。

图中，

1、连接线；2、水平校准器；3、底座；4、工作平台；5、校准点；6、喷头；7、位置传感器；8、丝材;9、移动支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行描述，很显然的，附图所描述的仅仅是本发明的一部分而不是全部实施例。

如图1所示，本发明提供的一种自动调平的3D打印机，包括底座3，底座3上固定有移动支架9，移动支架9上连接有喷头6和工作平台4，喷头6位于工作平台4的上方，工作平台4上均匀分布有多个校准点5，喷头6上固定有水平校准器2，水平校准器2用以测定其与校准点5之间的垂直距离，水平校准器2通过测定其固定初始点与各个校准点5之间的相对高度位置来确定各个校准点5之间的水平度。所述的水平校准器2是一个距离的测量装置，其作用在于测量水平校准器本身与工作平台上各个校准点之间的距离。现有技术中测距的方法较多，相位法、脉冲法以及一些机械方法等等，在本发明中，除了一些人工测量方法除外，其余的自动测量方法均可使用。作为优选，本发明提供的实施例优选通过喷头带动水平校准器的移动，水平校准器通过记录自身的在高度方向的移动距离来确定其与校准点之间的高度差。综合所有的高度差从而得到工作平台上各个点之间高度差，从而确定工作平台的水平度。通过试验我们确定，在个人应用的3D打印机上，工作平台各个点之间的高度差在1毫米以内，工作平台可以认为是水平的，加工时的误差时可以承受的。进一步的，水平校准器应该通过连接线或无线通讯方式将这些检测到的高度数据输送给打印机的主控装置，一方面保存为原始数据以便于为加工结果提供参考数据，另一方面为后续加工提供参数。应用时，水平校准器收到校准命令之后，会依次对平台上以九宫格样式均匀分布的九个点进行校准，并自动列出当前各点数值。水平校准器测得的各点数值，需保持在误差1mm之内，若大于1mm，说明平台装配精度不合要求，需重新调整。

需要说明的，本发明名称中的3D打印机应作广义的理解，其不仅包括个人使用的小型3D打印机，也包括工业级应用的3D打印机，俗称快速成型机。上述工作平台高度差1毫米的标准在工业级可以适当放大。

作为进一步的改进，如图2所示，加工前自动检测喷嘴与加工平台之间的距离。在前述水平度检测结束后，将水平校准器自喷头上拆下，并保持喷嘴的洁净为后续的测定做准备。在工作平台上的后方固定有一个位置传感器，用来测试喷嘴当前高度。工作平台在收到喷嘴高度测试命令之后，会逐渐上升直至触碰到喷嘴，为了防止出现硬性碰接，工作平台接近喷嘴时，上升速度会变得非常缓慢，直至喷嘴触及位置传感器上的弹片，即测得喷嘴当前的准确高度。跟上述校准点测试一样，此处优选将测定数据传送给打印机的主控系统，主控系统根据测得的数值，结合前述数值，可分析计算出工作平台各处的高度差值，从而在打印过程中对喷嘴与平台的间距做出补偿，保证喷头与平台之间的合理间距。例如工作平台某点的高度值略高，在该处执行打印工作时，会依照其高出的数值，自动控制平台降低相应高度；同样，工作平台某点处的高度值略低，打印至该点时平台会相应升高。作为优选的，工作平台的上升和下降路径不应是垂直的，例如A的0.2mm，B点0.5mm，并不意味着打印工作在A点和A点之后均为0.2mm，到B点突然下降补偿0.3mm，而是在A点和B点之间缓慢的上升。现有技术对加工的基准平台均有较高的要求，通过本发明提供的高度补偿的方法，一些有细微瑕疵的基准平台也可以满足要求了。在这写不平整的区域，通过上升和下降消除其缺陷即可。

根据测得的数值，系统可分析计算出工作平台各处的高度差值，从而在打印过程中对喷嘴与平台的间距做出补偿，保证喷头与平台之间的合理间距（0.1mm为最佳）。例如工作平台某点的高度值略高，在该处执行打印工作时，会依照其高出的数值，自动控制平台降低相应高度；同样，平台某点处的高度值略低，打印至该点时平台会相应升高。

本发明提供的一种自动调平的3D打印机，作为进一步的改进，工作平台内部或底部设置一个加热装置，通过加热模块和测温反馈模块保持工作平台的温度保持在某一范围内。丝材在工作平台表面堆积成型时，能够缓慢冷却，减小冷却收缩，防止模型变形。由于加热会导致工作平台出现热涨现象，因此，为了降低形变对上述两个数值测定时的影响，工作平台要么选择加热形变较小的材质制造，要么在工作平台加热后进行数值测定。

上述技术方案的描述仅体现了本发明的优选技术方案，而并不是无遗漏的，或者将本发明限于所公开的形式。基于本发明的实施例，任何人在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他形式的技术方案，不论其在结构或形式上作出何种变化，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

501：测定工作平台上均匀分布的各个点的水平高度值并记录；

502：打印时，工作平台根据各个点的水平高度值作垂直方向的移动，主控系统控制工作平台针对喷嘴与平台上记录点的垂直间距进行补偿，自动控制平台降低或者升高相应高度，在相邻记录点之间，根据打印路径，进行递增或递减的移动方式进行补偿，保证喷嘴与平台之间的一直处于最佳打印间距范围。